д.т.н., профессор, кафедра машин и аппаратов пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия
Doc. Sci. (Engin.), professor, food processing machines and apparatuses department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia
к.т.н., доцент, кафедра машин и аппаратов пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия
Cand. Sci. (Engin.), associate professor, food processing machines and apparatuses department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia
д.т.н., профессор, кафедра технологии жиров, процессов и аппаратов химических и пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия
Dr. Sci. (Engin.), professor, technology of ats, processes and equipment for chemical and food production department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia
аспирант, кафедра машин и аппаратов пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия
graduate student, food processing machines and apparatuses department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia
аспирант, кафедра машин и аппаратов пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия
graduate student, food processing machines and apparatuses department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia
студент, кафедра машин и аппаратов пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия
student, food processing machines and apparatuses department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia
В работе представлено научно обоснованное решение для комплексной автоматизации производства полнорационных комбикормов, интегрированное с автономной биогазовой энергосистемой. Разработана функциональная архитектура и программно-логический алгоритм микропроцессорного управления, обеспечивающий непрерывную обработку многомерных технологических данных в режиме реального времени. Методологический подход опирается на синтез детерминированных моделей массо- и теплопереноса с экспериментальными характеристиками распределённых контуров регулирования. Интеграция абсорбционного теплового насоса в технологию позволила оптимизировать генерацию и каскадное распределение высоко- и низкопотенциальных энергоносителей, что обеспечило поддержание строго заданных термодинамических режимов на критических стадиях: анаэробной ферментации субстратов, влаготепловой обработке, инфракрасной микронизации зерна, а также конвективной сушке и принудительном охлаждении кормовой смеси. Управляющий контур функционирует на принципах адаптивно-предиктивного регулирования, базируясь на непрерывном мониторинге ключевых физико-химических индикаторов с автоматической коррекцией исполнительных приводов. Вычислительное ядро системы оперирует интеративными методами решения дифференциальных уравнений нестационарного теплообмена, что позволяет в реальном времени компенсировать стохастические флуктуации физико-химического состава сырья и нивелировать кумулятивное накопление погрешностей измерений. Архитектура распределённого датчикового поля обеспечивает многоуровневую верификацию входных сигналов, трансформируя традиционную линейную энергетическую схему в высокоинтегрированную регенеративную сеть замкнутого цикла с минимизированными эксергетическими потерями. Многоуровневая очистка биогаза, включающая криогенное осушение, водную абсорбцию и каталитическую десульфуризацию, сопряжённая с рекуперативными теплообменными циклами, существенно повысила эксергетическую эффективность линии. Дополнительно реализован механизм многофакторной оптимизации, учитывающий нелинейные взаимосвязи между кинетикой метаногенеза и гидродинамикой реакторного пространства. Внедрение цифровых двойников контуров терморегулирования позволило минимизировать инерционность отклика системы на возмущающие воздействия, повысив устойчивость технологических переходных процессов. Данный подход обеспечивает синергетическое согласование энергетических потоков. Программная логика реализует предиктивную стабилизацию биокинетических параметров с учётом сезонной динамики влажности сырья, минимизируя ингибирующее влияние кислотных метаболитов на микробиоценоз. Внедрение системы гарантирует стабильный выход стандартизированного биотоплива, соответствие продукции зоотехническим регламентам, сужение технологического рассеяния показателей качества на 0,1–0,5 % и снижение удельных энергозатрат на 7–10 %, формируя теоретико-прикладную основу для замкнутого ресурсосберегающего кормопроизводства.
The paper presents a scientifically based solution for comprehensive automation of the production of full-ration feed, integrated with an autonomous biogas power system. A functional architecture and a program-logic algorithm of microprocessor control have been developed, which provides continuous processing of multidimensional technological data in real time. The methodological approach is based on the synthesis of deterministic models of mass and heat transfer with experimental characteristics of distributed control circuits. The integration of the absorption heat pump into the technology made it possible to optimize the generation and cascade distribution of high- and low-potential energy carriers, which ensured the maintenance of strictly defined thermodynamic modes at critical stages: anaerobic fermentation of substrates, moisture-heating treatment, infrared micronization of grain, as well as convective drying and forced cooling of the feed mixture. The control circuit operates on the principles of adaptive-predictive control, based on continuous monitoring of key physical and chemical indicators with automatic correction of actuator drives. The computing core of the system operates with interactive methods of solving differential equations of non-stationary heat exchange, which allows real-time compensation of stochastic fluctuations in the physical and chemical composition of the raw material and leveling the cumulative accumulation of measurement errors. The distributed sensor field architecture provides multi-level verification of input signals, transforming a traditional linear energy circuit into a highly integrated regenerative closed-loop network with minimized exergetic losses. Multilevel purification of biogas, including cryogenic drying, water absorption and catalytic desulfurization, coupled with recuperative heat exchange cycles, significantly increased the exergetic efficiency of the line. In addition, a multifactor optimization mechanism has been implemented that takes into account the nonlinear relationships between the kinetics of methanogenesis and the hydrodynamics of the reactor space. The introduction of digital twins of thermal control circuits made it possible to minimize the inertia of the system response to disturbing effects, increasing the stability of technological transients. This approach provides synergistic alignment of energy flows. Program logic implements predictive stabilization of biokinetic parameters taking into account the seasonal dynamics of raw material humidity, minimizing the inhibitory effect of acid metabolites on microbiocenosis. The introduction of the system guarantees a stable output of standardized biofuels, compliance of products with zootechnical regulations, narrowing the technological dispersion of quality indicators by 0.1-0.5% and reducing specific energy costs by 7-10%, forming a theoretical and applied basis for closed resource-saving feed production.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.